Organizace DVB rozšířila standard MPEG-DASH pro šíření lineární i nelineární televize

Pro distribuci lineární i nelineární televize na bázi IP protokolu je zde nově MPEG-DASH_LL (Low Latency) s nízkým zpožděním.

Na DVB-DASH (Dynamic Adaptive Streaming over http) se normativně odkazuje ve specifikacích HbbTV již od TS 102 796 v1.4.1 a dále. Mnoho zařízení na trhu již tento profil podporuje a poskytovatelé obsahu v celé Evropě zavedli služby využívající profil DVB-DASH, aby využili jeho funkce. Na tomto místě by bylo vhodné zdůraznit, že MPEG-DASH nepatří mezi standardy zdrojového kódování, ale pouze o specifický profil transportního toku MPEG přes IP sítě pomocí BMFF (Base Media File Format). Dle definice může totiž obsahovat jak kompresní standard videa H.264/AVC nebo H.265/HEVC a nejrůznější kompresní algoritmy audia od HE AACv2, až po DOLBY a DTS technologie nebo MPEG-H audio.

Princip dynamického adaptivního toku DASH

Obsah, který má být vysílán buď jako multicast nebo unicast, je kódován ve více verzích (kromě jiného s parametry o různém rozlišení, snímkovým kmitočtem, odlišnou bitovou rychlostí) a ve zvuku třeba i v různých jazykových mutacích a počtu audio stop. Takto připravený a oddělený video a audio obsah je pak rozdělen na segmenty, kde každý obsahuje v čase odlišnou délku a tyto segmenty jsou ukládány na HTTP serveru nebo v CDN (Content Delivery Network).

Principiální funkce dynamického adaptivního toku IPTV

Server informuje přijímací zařízení (klienta DASH) pomocí tzv. MPD (Media Presentation Description) o existujících verzích a segmentech požadovaného obsahu. V závislosti na disponibilní šířce pásma mezi serverem a přijímačem a schopnostem klienta DASH, zejména dekódovat nabízený obsah, vyžádá si klient v přijímači pomocí http protokolu přes zpětný kanál příslušný segment ze serveru či CDN. Následně opět vyhodnotí disponibilní šířku pásma a vybere další segment, jehož verze může být o nižší nebo i vyšší bitové rychlosti, rozlišení nebo dynamickém rozsahu. Z uvedeného vyplývá, že kvalita signálu, kterou divák obdrží, závisí na přístupové síti a na jejím zatížení. O problematice IPTV jsme psali v článku „Jak je to s IPTV jako náhradou za DVB-T2? Kapacita sítí to neumožňuje, dokazují to výpadky“.

Nízké zpoždění u DVB standardu MPEG-DASH-LL

V uvedeném článku jsme se také zmínili o délce zpoždění v IPTV oproti klasické terestrické distribuci. Spousta zpoždění obsahu přenášeného po internetu je způsobena v přijímacím klientu DASH vzhledem k délce jednotlivých segmentů a neznámém výkonu přístupové sítě (připravujeme samostatný článek o dimenzování přístupových sítí). Tento problém odstraňuje právě publikovaná verze LL-DASH (Low Latency). Tento přístup zkracuje mezní zpoždění z 20–30 sekund na 3–4 sekundy.

Nový režim s nízkou latencí v DVB-DASH rozděluje streamované segmenty na menší kousky, které se doručí až poté, jakmile jsou k dispozici na serveru resp. CDN. Takže, namísto výstupu celých segmentů najednou, kodér rozdělí segmenty do skupin rámců – bloků – kde žádný z rámců ve skupině nevyžaduje rámec z pozdější skupiny pro umožnění dekódování. Kodér je konfigurován pro výstup skupiny rámců každých 960 ms.

DASH Packager pak umístí každou skupinu rámců do bloku CMAF (CMAF, Common Media Application Format, byl vyvinut společností MPEG za účelem standardizace zapouzdření kódovaných zvukových a obrazových snímků) a odešle jej do CDN. Když chce klient DASH streamovat službu, použije soubor MPD (Media Presentation Description), aby zjistil její parametry. MPD ve standardní verzi signalizuje dostupnost segmentu až po uložení kompletního segmentu.

Funkční diagram pro LL-DASH (zdroj DVB Scene, September 2019)

Nově, v režimu nízké latence, MPD signalizuje čas, kdy bude segment k dispozici, jakmile je první blok přesunut do CDN. Přehrávač si vyžádá segment z CDN v dřívější době dostupnosti a CDN doručí první blok. Další kousky (na funkčním diagramu označeny jako chunks) jsou dodávány do přehrávače, jakmile jsou přítomny v CDN. Namísto ukládání do vyrovnávací paměti kompletních segmentů vyrovnává klient přehrávače jeden nebo dva kousky. Aby se dále snížilo zpoždění, začne hrát segment dříve, než obdrží poslední blok. (Bloky totiž obsahují skupiny rámců, které lze dekódovat, aniž by byl nutný jakýkoli rámec z pozdějšího bloku.) Všechny tyto kroky snižují mezní latenci na 3–4 sekundy. Doplňkem MPD je cílová latence, o kterou by měl přehrávač usilovat, spolu s minimální a maximální latencí. Pokud klient DASH pravidelně překračuje takto nastavené limity, měl by vypadnout z režimu s nízkým zpožděním a přejít na obsah v běžném režimu DASH.

Na standardu skupina DVB úzce spolupracovala s DASH Industry Forum. DVB a DASH-IF budou společně financovat interoperabilitu a testovací aktivity pro ověřování specifikace. Nová verze DVB-DASH také přidává podporu pro signalizaci dynamického mapování pro HDR video a DTS-UHD audio. Současná publikace jako DVB Bluebook A 168 je podkladem pro připravovaný standard ETSI TS 103 285 v1.3.1.

Použití standardu MPEG-DASH ve spojení s HbbTV

Jak bylo řečeno výše, DVB-MPEG-DASH je součástí HbbTV specifikace, který je v Evropě široce rozšířen. Poslední verze HbbTV 2.0.2 popisuje integraci HDR, HFR, a nové generace audia NGA do profilu DASH.

Změnou chování při sledování televize a s rostoucí penetrací připojených chytrých televizorů se operátoři začínají pohybovat v aplikacích a nabízejí nové služby s využitím širokopásmové kapacity. Jako provozovatelé vysílání by chtěli své služby umožnit kdykoli a kdekoli, a poskytovat snadnou dostupnost pro své zákazníky. Jak ale rozšířit nové služby přímo do televizoru bez ohledu na značku a model?

S ohledem na tyto požadavky vydala společnost HbbTV specifikaci HbbTv OpApp již v roce 2017 a ETSI v roce 2018 jako TS 103 606. OpApp je „Operator Application“, která poskytuje zážitek podobný STB bez STB. Takový virtuální set-top box poskytuje operátorům příležitost přenést své služby na jakékoli zařízení, samozřejmě po dohodě mezi operátorem a výrobcem koncového zařízení. Pro diváka je zachováno jednotné uživatelské rozhraní a má jednoduchý přístup k obsahu. Softwarové updaty mohou být řízeny dálkově přes vysílací nebo širokopásmové přístupové sítě a HbbTV OpApps jsou nezávislé na tom, jaký kanál divák sleduje.

Ukázka úvodní obrazovky freenet TV connect (Screenshot z STB Technisat ISIO HD Václav Udatný, Televizníweb.cz)

Na tomto principu jsou založeny mnohé společné platformy v Evropě. Nám nejbližší je „freenet TV“ v Německu. Tato platforma nabízí špičkové komerční kanály v HD kvalitě za konkurenceschopnou cenu prostřednictvím pozemních i satelitních sítí. Byla vytvořena společností Media Broadcast, která také provozuje současnou německou síť DVB-T2. freenet TV connect doplňuje nabídku na DVB-T2 o další kanály, aplikace a služby catch-up nebo VOD. Používá HbbTV jako základ pro hybridní mediální služby na přijímacích zařízeních s připojením k internetu. IP streamy dalšího obsahu odesílané pomocí DVB-DASH se objevují přímo v seznamu kanálů. Uživatelé mohou plynule přepínat mezi konvenčními vysílacími a IP kanály bez přerušení. Součástí nabídky jsou i lokální a regionální stanice, které informují o idálostech v nejbližším okolí diváka. Obdobnou službou, o které jsme se již zmiňovali dříve, je „LOVEStv“ ve Španělsku, založená v roce 2018 předními bezplatnými komerčními a veřejnoprávními vysílateli Mediaset, Altresmedia a RTVE. Tato platforma je otevřená všem provozovatelům DTT v zemi. „Freeview play“ je britskou digitální zemskou platformou na bázi HbbTV 2.0.1. Se sedmi milióny HbbTV zařízeními je dnes ve Velké Británii větší sítí než sítě kabelových a IPTV operátorů. Italská platforma „Tivuon+“ je hybridním světem, který spojuje světy OTT a italského TV vysílání dohromady. Jako odpověď na rostoucí rozšiřování OTT služeb typu Netflix se ve Francii ustavuje platforma „Salto“, pravděpodobně na bázi nejnovější HbbTV OpApp specifikace, na níž se budou podílet France Television, M6 Group a skupina TF1.

Německá regionální platforma s příspěvky od Bodanského jezera, Švábska a Štutgartu (Screenshot: Václav Udatný, Televizníweb.cz)

Low Latency MPEG-DASH bude též jedním ze stavebních kamenů budoucího jednotícího internetového standardu DVB-I pro budoucí sítě, které budou pracovat ve vysílacím módu broadcast tj. od jednoho zdroje pro všechna koncová zařízení uživatelů. Rozšiřování společných platforem pro distribuci vysílacího a OTT obsahu jde ruku v ruce s vytvářením velkých společných korporací distribučních společností a výrobců programů. Otázkou zůstává, zda už není na čase, aby i na českém rozdrobeném mediálním trhu našla obdobná platforma své uplatnění.